JP7166068B2

JP7166068B2 - グリース封入転がり軸受

Info

Publication number: JP7166068B2
Application number: JP2018060556A
Authority: JP
Inventors: 涼太近藤; 隆之川村
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2022-11-07
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: JP2019172760A

Description

本発明は、グリース組成物およびグリース封入転がり軸受に関し、特に高温かつ高荷重条件下で使用されるグリース組成物およびグリース封入転がり軸受に関する。

転がり軸受は、自動車や産業用の動力伝達系などの軸受として広く使用されている。このような転がり軸受には、潤滑性を付与するためにグリースが封入されている。近年、グリース封入転がり軸受が使用される機器の小型化や高性能化に伴い、該転がり軸受の使用環境がますます厳しくなっており、更なる過酷な条件下でも優れた潤滑特性を示すグリースの検討などが行われている。特に、高荷重条件下では、転動体表面や転走面にフレッチングが生じ、軸受トルクの増大や損傷部を起点とした剥離が起こるなど、軸受寿命の悪化が懸念される。

従来、フレッチングを抑制して軸受の長寿命化を図る目的として、例えば、潤滑油にステアリン酸金属塩と、リン酸エステルと、スルホネート系金属塩及びサリシレート系金属塩から選ばれる少なくとも１つとを、所定量ずつ添加した潤滑組成物（特許文献１）が提案されている。また、４０℃における動粘度がそれぞれ所定範囲に属する２成分を含有する基油を含むグリース組成物（特許文献２）が提案されている。

特開２０１４－２３７７３９号公報特許第５７０６８８３号公報

ところで、一般的に行なわれているフレッチング試験は、スラスト玉軸受に対して所定のスラスト荷重を周期的に加え、その損傷を観察して行われる。しかしながら、その試験結果と実際に軸受を長時間運転させて得られる寿命時間との間に差異がでる可能性がある。特許文献１の潤滑組成物は、高面圧でのフレッチング試験しか行っておらず、実際に該潤滑組成物が封入された軸受を使用した試験は行なっていない。また、特許文献２のグリース組成物も同様に、フレッチング試験による摩耗量から軸受の寿命を想定しているのみである。そのため、実際に軸受を運転させた場合には、長寿命効果が得られないおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高荷重条件下で使用される転がり軸受に適しており、寿命時間に優れるグリース組成物及びこれを封入した転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤とを含むグリース組成物であって、上記基油が、ポリ－α－オレフィン油（ＰＡＯ油）を主成分とし、上記増ちょう剤が、脂環式ジウレア化合物、芳香族ジウレア化合物、および脂肪族ジウレア化合物からなる群から選択される１以上のジウレア化合物であり、上記添加剤が中性Ｃａスルホネートを含むことを特徴とする。

上記中性Ｃａスルホネートが、上記グリース組成物全体に対して０．５～３質量％含まれていることを特徴とする。

上記増ちょう剤が、脂環式ジウレア化合物および芳香族ジウレア化合物の混合物であることを特徴とする。

本発明のグリース封入転がり軸受は、高温かつ高荷重条件下で使用され、軌道輪である内輪および外輪と、上記内輪および外輪との間を転動する複数のころと、該ころの周囲に封入されたグリース組成物とを備えるグリース封入転がり軸受であって、上記グリース組成物が本発明のグリース組成物であることを特徴とする。

上記高荷重条件は、上記軌道輪の最大接触面圧が２．０ＧＰａ以上であることを特徴とする。

本発明のグリース組成物は、ＰＡＯ油を主成分とする基油とジウレア化合物からなる増ちょう剤と添加剤とを含み、該添加剤が中性Ｃａスルホネートを含むので寿命時間に優れる。また、本発明のグリース封入転がり軸受は、該グリース組成物が封入されているので、高温かつ高荷重条件下においてもフレッチングを抑制でき、転がり軸受の寿命を延長できる。

本発明のグリース封入転がり軸受の一例を示す断面図である。

本発明者らは、高温かつ高荷重条件下で実際に転がり軸受を使用した場合であっても、フレッチングを抑制し軸受寿命を延長させるべく、該軸受に封入するグリース組成物について検討した。その結果、基油として主にＰＡＯ油を含み、増ちょう剤としてジウレア化合物を含むグリース組成物に、特定の金属スルホネート（中性Ｃａスルホネート）を添加することにより、フレッチングを抑制し軸受寿命が延長できることを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。

本発明のグリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤とを含む。基油としては、ＰＡＯ油が用いられる。ＰＡＯ油は、α－オレフィンまたは異性化されたα－オレフィンのオリゴマーまたはポリマーの混合物である。α－オレフィンの具体例としては、１－オクテン、１－ノネン、１－デセン、１－ドデセン、１－トリデセン、１－テトラデセン、１－ペンタデセン、１－ヘキサデセン、１－ヘプタデセン、１－オクタデセン、１－ノナデセン、１－エイコセン、１－ドコセン、１－テトラドコセンなどが挙げられ、通常はこれらの混合物が使用される。

基油としては、ＰＡＯ油を主成分として、さらに、グリースの分野で通常使用される一般的な基油を配合してもよい。例えば、その他の基油として、高度精製油、鉱油、エステル系合成油、エーテル系合成油、シリコーン油、フッ素油およびこれらの混合油などを使用できる。

基油の動粘度（混合油の場合は、混合油の動粘度）としては、４０℃において１０～１００ｍｍ²／ｓが好ましい。より好ましくは３０～８０ｍｍ²／ｓであり、さらに好ましくは４０～７０ｍｍ²／ｓである。

基油の好ましい形態は、ＰＡＯ油のみを用い（その他の基油は含まない）、動粘度が４０℃において４０～７０ｍｍ²／ｓの油である。なおこの場合、市販のＰＡＯ油を複数混合して用いてもよい。例えば、４０℃における動粘度が６０～７０ｍｍ²／ｓのＰＡＯ油と、４０℃における動粘度が４０～５０ｍｍ²／ｓのＰＡＯ油とを混合して、基油の４０℃における動粘度を４０～７０ｍｍ²／ｓとしてもよい。

増ちょう剤としては、脂環式ジウレア化合物、芳香族ジウレア化合物、および脂肪族ジウレア化合物からなる群から選択されるジウレア化合物が用いられる。ジウレア化合物は、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られる。脂環式ジウレア化合物は、モノアミン成分としての脂環式モノアミンとジイソシアネート成分とから得られ、芳香族ジウレア化合物は、モノアミン成分としての芳香族モノアミンとジイソシアネート成分とから得られ、脂肪族ジウレア化合物は、モノアミン成分としての脂肪族モノアミンとジイソシアネート成分とから得られる。ジイソシアネート成分としては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネー卜などが挙げられる。脂環式モノアミンとしては、シクロヘキシルアミンなどが挙げられる。芳香族モノアミンとしては、アニリン、ｐ－トルイジンなどが挙げられる。脂肪族モノアミンとしては、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン、ステアリルアミン、オレイルアミンなどが挙げられる。

上記のジウレア化合物の中でも、特に、増ちょう剤として脂環式ジウレア化合物と芳香族ジウレア化合物を組み合わせて用いることが好ましい。この場合、脂環式ジウレア化合物と芳香族ジウレア化合物の質量比は、１：２～２：１であることが好ましく、１：２～１：１がより好ましい。

基油に増ちょう剤としてジウレア化合物を配合してベースグリースが得られる。ジウレア化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応させて作製する。ベースグリース中に占める増ちょう剤の配合割合は、１０質量％以上２０質量％未満である。

本発明では、添加剤に中性Ｃａスルホネートが含まれていることを特徴としている。中性Ｃａスルホネートとしては、例えば、石油スルホン酸のカルシウム塩、ジノニルナフタレンスルホン酸やアルキルベンゼンスルホン酸などのアルキル芳香族スルホン酸のカルシウム塩などが挙げられる。これらは単独で、または混合して使用することができる。

本発明に用いるＣａスルホネートの全塩基価（ＴＢＮ）は１０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であり、好ましくは５ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であり、より好ましくは３ｍｇＫＯＨ／ｇ未満であり、さらに好ましくは１ｍｇＫＯＨ／ｇ未満である。ＴＢＮは、ＪＩＳＫ２５０１に準拠して測定される。ＴＢＮは、試料１ｇ中に含まれている全塩基性成分を中和するのに要する塩酸または過塩素酸と当量の水酸化カリウムのミリグラム（ｍｇ）数と定義される。ＴＢＮの測定は、例えば過塩素酸法で行われる。

本発明では中性Ｃａスルホネートを対象としており、中性Ｃａスルホネート中に水酸化カルシウムなどの微粒子を均一に分散させて得られる、過塩基性Ｃａスルホネートは対象としていない。また、金属スルホネートの金属としては、Ｃａ、Ｎａ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｍｇなどが挙げられるところ、本発明のグリース組成物では中性Ｃａスルホネートを必須成分としている。なお、本発明のグリース組成物に他の金属スルホネートが含まれていてもよいが、金属スルホネートとして中性Ｃａスルホネートのみが含まれることがより好ましい。

本発明のグリース組成物全体における中性Ｃａスルホネートの含有量は、好ましくは０．５～３質量％であり、より好ましくは０．５～２質量％である。

添加剤として、必要に応じて他の公知の添加物を含有させることができる。この添加物としては、アミン系やフェノール系、イオウ系の酸化防止剤、塩素系、イオウ系、りん系化合物、有機モリブデンなどの極圧剤、ソルビタンエステルなどのさび止剤などが挙げられる。本発明のグリース組成物は、高温かつ高荷重条件下で使用されるため、酸化防止剤や極圧剤が含有されることが好ましい。例えば、添加剤として、中性Ｃａスルホネートとりん系極圧剤とイオウ系酸化防止剤とを組み合わせて用いることが好ましい。この場合、添加剤全体としての含有量は、グリース組成物全体に対して５質量％以下であることがより好ましい。

グリースの混和ちょう度（ＪＩＳＫ２２２０）は、２００～３５０の範囲にあることが好ましい。ちょう度が２００未満である場合は、油分離が小さく潤滑不良となるおそれがある。一方、ちょう度が３５０をこえる場合は、グリースが軟質で軸受外に流出しやすくなり好ましくない。

本発明のグリース封入転がり軸受の一例を図１に示す。図１はグリース組成物が封入されているグリース封入転がり軸受（深溝玉軸受）の断面図である。転がり軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。保持器５が、この複数個の転動体４を保持している。また、内・外輪の軸方向両端開口部８ａ、８ｂがシール部材６によりシールされ、少なくとも転動体４の周囲にグリース組成物７が封入される。

図１では軸受として深溝玉軸受について例示したが、本発明の転がり軸受は、上記以外の円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、針状ころ軸受、スラスト円筒ころ軸受、スラスト円すいころ軸受、スラスト針状ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などとしても使用できる。

本発明のグリース封入転がり軸受は、上記グリース組成物が封入されているため、高温かつ高荷重条件下での使用に適している。高荷重条件下として、具体的には、軌道輪における最大接触面圧が１．５ＧＰａ以上となる条件であり、好ましくは２．０ＧＰａ以上となる条件である。高温条件として、具体的には、軸受外輪の外径部温度が８０℃以上であり、好ましくは１００℃以上で使用される。

本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、これらの例によって何ら限定されるものではない。

＜高温高荷重寿命試験＞
表１に示す組成のグリース組成物をそれぞれ、深溝玉軸受６２０４（軸受寸法：内径２０ｍｍ、外径４７ｍｍ、幅１４ｍｍ）に１．８ｇ封入して、試験用軸受を作製した。得られた試験用軸受を、軸受外輪の外径部温度１５０℃の下、ラジアル荷重１９６０Ｎ、ラジアル荷重３９２０Ｎのそれぞれの条件下で、１００００ｍｉｎ^-1の回転速度で回転させて、焼き付きに至るまでの時間を測定した。この試験において軌道輪の最大接触面圧は、ラジアル荷重１９６０Ｎの場合に２．５ＧＰａ、ラジアル荷重３９２０Ｎの場合に３．２ＧＰａであった。なお、ラジアル荷重１９６０Ｎでは２００ｈ以上、３９２０Ｎでは４５ｈ以上を合格とした。結果を表１に示す。

また、参考データとして軽負荷条件での試験も実施した。この試験では、上記で得られた試験用軸受を、軸受外輪の外径部温度１５０℃、ラジアル荷重６７Ｎの条件下で、１００００ｍｉｎ^-1の回転速度で回転させて、焼き付きに至るまでの時間を測定した。軌道輪の最大接触面圧は０．９ＧＰａであった。結果を表１に示す。

結果は、実施例１のグリースを用いた場合のみ合格となった。表１より、高負荷条件下では、増ちょう剤として添加剤に中性Ｃａスルホネートを用いた場合（実施例１）は、金属スルホネートとして中性Ｂａスルホネートを用いた場合（比較例１）や金属スルホネートを用いない場合（比較例２）に比べて、軸受寿命を大幅に延長させることができた。一方、参考データである軽負荷条件下では、中性Ｃａスルホネートと中性Ｂａスルホネートとの軸受寿命の大小が逆転する結果となった。すなわち、この軽負荷条件の試験では、添加剤として中性Ｂａスルホネートを含むグリース組成物の方が、中性Ｃａスルホネートを含むグリース組成物よりも軸受寿命が長くなった。

本発明のグリース組成物は、高温かつ高荷重条件下で使用される転がり軸受に適しており、寿命時間に優れるので、該条件下で使用されるグリース封入ころ軸受のグリースとして広く用いられる。

１転がり軸受
２内輪
３外輪
４転動体
５保持器
６シール部材
７グリース組成物
８ａ、８ｂ開口部

Claims

高温条件かつ高荷重条件下で使用され、軌道輪である内輪および外輪と、前記内輪および外輪との間を転動する複数の転動体と、該転動体の周囲に封入されたグリース組成物とを備えるグリース封入転がり軸受であって、
前記高温条件は、前記外輪の外径部温度が８０℃以上であり、
前記高荷重条件は、前記軌道輪の最大接触面圧が２．０ＧＰａ以上であり、
前記グリース組成物は、基油と増ちょう剤と添加剤とを含み、
前記基油が、ポリ－α－オレフィン油であり、
前記増ちょう剤が、ジイソシアネート成分とモノアミン成分とを反応して得られるジウレア化合物であり、前記モノアミン成分が、脂環式モノアミンおよび芳香族モノアミンであり、
前記添加剤が、中性Ｃａスルホネートを含み、該中性Ｃａスルホネートが、前記グリース組成物全体に対して０．５～３質量％含まれていることを特徴とするグリース封入転がり軸受。